생기원, 섬유 표면에 손쉽게 방오·항균 기능 입히는 코팅기술 개발

보호복, 마스크와 같은 개인 보호장비(PPE) 표면에 묻어 장기간 생존, 2차 감염을 유발하는 공기 중 병원체와 감염자 분비물, 타액·혈액 등 체액 속 병원체를 차단할 수 있는 기술이 개발됐다.

한국생산기술연구원(원장 이상목)은 최동윤 바이오메디칼생산기술센터 수석연구원팀이 정재희 세종대 기계공학과 교수팀과 꽃잎 모사 나노구조체를 섬유표면에 형성해 우수한 방오·항균 기능을 부여한 섬유 코팅기술을 개발했다고 22일 밝혔다.

나노구조체가 만들어지면 초소수성 및 가시광활성 기능이 형성돼 오염 물질 부착을 줄이면서 일상 속 가시광선으로 병원체를 살균하는 항균·항바이러스 섬유 제조가 가능하다.

3차원 나노구조체 섬유 코팅기술을 개발한 공동연구팀. 왼쪽부터 정상빈 한국산업기술시험원 박사, 정재희 세종대 교수, 최동윤 생기원 수석연구원, 이동욱 박사후연구원.

현재 PPE 섬유 표면에 병원체가 달라붙지 못하게 하거나 잘 떨어져 나가도록 방오 효과를 부여하기 위해 초소수성 3차원 나노구조 제조 기술이 연구되고 있다.

그러나 기존 화학적 합성 방법은 고온·고압 조건, 12시간 이상 긴 공정시간 탓에 대면적 기능성 나노구조체 섬유 제조 및 대량생산에 적용이 어려웠다.

또 일반 방오 기능으로는 병원체 부착을 완벽하게 억제할 수 없어, 섬유 표면 미량 병원체가 증식해 2차 감염을 일으킬 수 있어 추가 항균 기능이 요구된다.

연구팀은 빠르고 간단하게 초소수성 나노구조체를 섬유 표면에 형성할 수 있는 증발유도 자기조립 공정으로 문제를 해결했다.

자기조립형 분자로 구성된 콜로이드를 급속 증발시키면, 미소결정 입자인 '미셀'이 라멜라 형태(얇은 판이 쌓여 층상 구조를 이룬 형태) 나노구조체로 형성된다.

이번 3차원 나노구조체 섬유 코팅기술 개발 관련 논문이 실린 '스몰' 표지 이미지.

자기조립과 함께 나노구조체 수직 재배열이 이뤄져 섬유 표면에 꽃잎 모양 나노구조체가 형성되는 것이다.

아세톤과 같이 증발이 빠른 코팅용액에 섬유를 담갔다 꺼내 40~60도 저온에서 경화하면 2시간 내 나노구조체가 고밀도 형성된 섬유를 얻을 수 있었다.

개발 섬유는 박테리아 현탁액을 비롯해 점성이 높은 혈장, 타액, 혈액에서도 탁월한 방오성을 보였다.

포도상구균과 대장균의 경우 1시간 실내조명에서, MS2 박테리오파지는 2시간 내 99.99% 살균됐다.

특히 박테리아 현탁액을 기능성 섬유에 분무하면 30분 만에 100% 살균된다.

최동윤 수석연구원은 “빠르고 간단하게 방오·항균 기능을 갖는 나노구조체를 형성할 수 있어 대면적·대량생산에 적합한 섬유 코팅기술”이라며 “필터, 마스크, 방호복 등 다양한 소재로 활용할 수 있어 공정성과 내구성을 높이는 후속 연구로 실용화할 계획”이라고 밝혔다.

김영준 기자 kyj85@etnews.com